Установка для получения гранул Советский патент 1992 года по МПК B01J2/06 

Изобретение относится к конструкциям установок для получения гранул методом криодисперсной технологии.

Известна лабораторная установка для получения порошкообразных материалов, включающая устройство хранения и подачи жидкости, устройство распыления жидкости, устройство для замораживания капель раствора, устройство для сублимационной сушки, состоящее из камеры, приспособления для создания вакуума внутри этой камеры, полки для продукта, находящейся внутри этой камеры, приспособления для нагревания или охлаждения указанной полки, охлаждаемого приспособления, служащего для конденсации паров растворителя, устройство для термообработки продукта, получаемого после сублимационной обработки.

Известная установка имеет большое количество недостатков, наиболее существенными из которых являются невозможность получения замороженных частиц контролируемых и достаточно малых размеров (менее 0,1 мм диаметром) и большой унос продукта при сублимационной сушке вследствие полидисперсности продукта и контактного подвода тепла.

Известна также лабораторная установка для получения порошкообраных материалов криохимическим способом, включающая блок хранения и подачи жидкости, содержащий баллон с инертным по отношению к исходному раствору газом с давлением 10-140 атм.. который соединен через редукторы и шланги с термостатируе- мой емкостью для жидкости, генератор капель, содержащий корпус, в котором размещен пьезоэлемент. фильтр фильера и

XI

О 00

го -ч

о

цилиндр для заряда капель пьезозлемент. размещенный в генераторе капель ней с генератором синусоидальных колебаний, зарядный цилиндр соединен с источником постоянного напряжения, устройство .мораживания капель выполненное в виде термостата, цилиндрической емкости для хладагента и цилиндрического стакана с сетчатым днищем сублиматор состоящий из обечайки с боковыми крышами и смотровыми окнами. Внутри обечайки размещены противни, накрытые сетчатыми крышками, нагреватели, конденсатор. Сублиматор соединен трубопроводом с вакуум- насосом.

Известная установка имеет большое количество серьезных недостатков, наиболее существенными из которых являются потери продукта на стадии разбиения струи на капли вследствие образования саттеллитов и неравномерности зарядки капель, низкое качество продукта вследствие слипания гранул во время плавания их на поверхности хладагента.

Целью изобретения является повышение качества получаемого материала, снижение его потерь и увеличение производительности установки.

Поставленная цель достигается тем что в установке для получения монодисперсных гранул, включающий устройство для хранения и подачи жидкости, соосно размещенные генератор капель и устройство замораживания гранул, а также сублиматор, генератор капель выполнен в виде цилиндра, снабженного полостью для жидкости, закрытой с двух сторон двумя пьезоэлемен- тами, колеблющимися синфазно.

Для предотвращения слипания капель во время плавания их в жидком азоте установка снабжена блоком предварительного конвективного замораживания капель в парах азота, расположенного под генератором капель и соосно с ним.

Нагреватель сублиматора выполнен в виде навитого спирально нагревательного кабеля у которого центральная нихромовая жила в изоляции их оксида магния помешена в оболочку из нержавеющей стали, а сам сублиматор снабжен дополнительной азотной ловушкой.

На фиг. 1 изображена технологическая схема установки; на фиг.2 - устройство для хранения и подачи жидкости на фиг. 3 - генератор капель; на фиг. 4 - устройство для замораживания капель: на фиг 5 - сублиматор.

Установка содержит устройство для хранения и подачи жидкости 1, генератор монодисперсных капель 2, устройство для

замораживания капель 3, сублиматор 4, сосуд с жидким азотом 5, генератор синусоидальных колебаний 5. устройство для контооля температуры 7, устройство контроля давления в сублиматоре 8, Устройство для хранения и подачи жидкости (см. фиг.2) содержит компрессор 9, баллон со сжатым «оздухом 10, редуктор 11 ресивер 12, манометр 13. заправочный бак 14, фильтр 15,

0 расходный бак 16, электромагнитный клапан 17. Генератор капель (см. фиг.З) содержит емкость 18, пьезоэлементы 19, сменную фильеру 20, уплотнительную прокладку 21, накидную гайку 22.

5Устройство для замораживания капель

(см фиг.4) содержит охлаждаемую неподвижную трубу 23 для предварительного охлаждения, подвижную трубу 24, теплоизоляцию 25. навитый спирально трубопровод0 для жидкого азота 26, нагреватель 27, стакан с сетчатым дном 28, теплоизолированную емкость для замораживания капель 29. На фиг,5 изображен сублиматор, который содержит обечайку 30, тепловые экраны

5 31, экран с жалюзи 32, камеры сублимаций 33, камеру десублимации 34, нагреватели 35, поддоны для сушки гранул 36, сетчатые крышки поддонов 37. конденсатор 38, азотную ловушку 39, вентили для слива конден0 сага 40 и 41.

Установка работает следующим образом.

Раствор заливается в заправочный бак 1 и под давлением, создаваемым баллоном

5 10. либо компрессором 9 перетекает через систему фильтров 15 в расходный бак 16. После заполнения расходного бака газовая магистраль к заправочному баку перекрывается и бак соединяется с атмосферой. Под

0 действием давления раствор из расходного бака подается к генератору капель 2. Для предотвращения образования газовой пробки в генераторе капель имеется электромагнитный клапан 17, который открыва5 ется в момент заполнения генератора раствором. После заполнения раствором генератора капель включается в работу генератор колебаний, который подает сигнал на пьезоэлементы 19. колеблющиеся синфаз0 но и расположенные вдоль вертикальных стенок емкости, в результате чего механические колебания пьезоэлементов проводят к разбиению струи (или струй) на поток капель, диаметр которых однозначно связан с

5 диаметром фильеры Поток капель направляют в устройство замораживания капель. Пролетая внутри предварительно захоло- женных труб 23 и 24, капли кристаллизуются в парах азота, попадают в жидкий азот и оседают на дно стакчча с сетчатым дном 28,

который вставлен в теплоизолированную емкость 29 с жидким азотом. Охлаждение трубы 23 обеспечивают циркуляцией жидкого азота по спирально навитой трубке 26. Нагреватель 27, закрепленный на нижнем конце подвижной трубки 24 обеспечивает конвекцию паров азота внутри труб. После окончания процесса грануляции стакан 28 извлекают из емкости 29. Полученные гранулы размешают равномерно на поддоны 36 сублиматора 4, закрывают сетками поддонов 37, после чего сублиматор герметизируют и начинают его откачку. При достижении вакуума порядка 1 тор в конденсатор 38 и азотную ловушку 39 заливают жидкий азот и включают нагреватели 35, которые представляют собой навитый спирально на плоский щит нагревательный кабель, у которого нихромовая жила в изоляции из окиси магния помешена в оболочку из нержавеющей стали.

По окончании процесса сублимационной сушки высушенные гранулы отправляются для дальнейшей обработки.

Эффективность предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом выражается в том. что конструкция генератора капель, а именно,бинарная схема синфазно колеблющихся пьезоэлемен- тов позволяет существенно увеличить энергию возбуждения, что коренным образом влияет на распад струи, следовательно, каждая капля в потоке имеет абсолютно одинаковые размеры и находится в одинаковых условиях, что в свою очередь обеспечивает идентичность состава и внутренней структуры конечного продукта (гранул).

Заявленная конструкция генератора капель в отличие от прототипа обеспечивает удаление газовых пузырей из объема диспергируемой жидкости, что гарантирует от появления эффекта кавитации в струе при выходе из генератора, и. следовательно, препятствует образованию сателлитов.

В отличие от конструкции прототипа пьезоэлементы не нагружены массой самого генератора, следовательно, сам корпус генератора не вносит дополнительных искажающих гармоник в частотную характеристику генератора, что немаловажно для монодисперсного распада струи.

Одновременно с этим такая конструкция генератора позволяет легко увеличить производительность установки, изменяя число фильер и количество отверстий в фильере.

Высокая стабильность давления в расходом баке и фиксированная амплитуда и частота колебаний пьезоэлементов (они однозначно зависят от вида жидкости и

диаметра фильеры) также обеспечивают высокую степень монодисперсности получающихся капель и отсутствие сателлитов.

В предлагаемой установке для предотвращения дробления и слипания капель и обеспечения равномерного охлаждения используется предварительное охлаждение, осуществляемое в парах криоагента, направляемых в подвижную трубу. Использо0 вание подвижной трубы необходимо для регулирования толщины и температуры замороженного поверхностного слоя,которая оказывает решающее влияние на монодисперсность и сферичность получаемых гра5 нул. Поверхностный замороженный слой необходим только для того, чтобы обеспечить твердую оболочку, предотвращающую каплю от деформации при соприкосновении с поверхностью хладагента и иметь темпе0 ратуру, не превышающую температуру второго кризиса кипения, чтобы капля сразу утонула. Излишне толстая оболочка приводит к снижению скорости охлаждения капли и нарушению внутренней структуры, так как

5 интенсивность охлаждения в парах криа- гента меньше, чем в жидком криагенте. В настоящее время не разработана теория расчета оптимальной толщины оболочки поэтому использование подвижной трубы

0 позволяет эмпирически установить необходимую высоту пролета капли в парах криа- гента. а следовательно, и оптимальную толщину замороженной оболочки Таким образом, использование бпока предвари5 тельного конвективного замораживания .&- пель в парах азота существенно уменьшав процент брака и позволяет отказаться ci процесса просеивания гранул по окончании процесса сушки.

0

Формула изобретения Установка для получения гранул.содержащая устройство для хранения и подачи жидкости, генератор капель, выполненный

5 в виде емкости с соплом для истечения жидкости и пьезоэлементом. генератор колебаний, подсоединенный к пьезоэлементу, установленному под генератором капель, емкость для замораживания капель и субли0 матор с нагревателями, отличающая- с я тем, что, с целью повышения качества продукта, снижения его потерь и увеличения производительности установки, генератор капель содержит два пьезоэлемента,

5 смонтированных вдоль вертикальных стенок емкости напротив друг друга, и установка снабжена колонной для предварительного охлаждения капель, установленной между генератором капель и емкостью для замораживания капель.

о r- см

со со

д. Л

т

Ј

J3-M-

°ь

1

I

I

J

V

t

t

-Гх5г-

к 1

гси

N

I

-frr

ij F

Изобретение относится к установке для получения гранул и позволяет повысить качество продукта, снизить его потерю и увеличить производительность. Установка для получения гранул содержит устройство для хранения и подачи жидкости, генератор капель, выполненный в виде емкости, снабженной соплом для истечения жидкости и двумя пьезоэлементами, смонтированными вдоль вертикальных стенок емкости напротив друг друга. Установка снабжена трубой для предварительного охлаждения капель, установленной между генератором капель и емкостью для замораживания капель, и сублиматором с нагревателем. 5 ил. сл

)

Редактор

Ь EL Фиг 5 Составитель Т Ермакова Техред М МоргенталКорректор Т Вашкович

itir.4